KR101481833B1 - Liquid crystal display device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 액정표시장치 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 액정표시장치는 액정층이 사이에 형성되고 서로 대향 배치된 칼라 필터가 구비된 제1 기판 및 박막 트랜지스터가 구비된 제2 기판과, 상기 칼라필터 상에 형성된 오버코트층과, 상기 오버코트층과 일체형으로 형성되는 칼럼 스페이서와, 상기 오버코트층의 표면에 배향패턴이 형성된 배향막을 포함한다. The present invention relates to a liquid crystal display device and a method of manufacturing the same, and a liquid crystal display device according to the present invention includes a first substrate having a color filter formed with liquid crystal layers therebetween and opposed to each other, An overcoat layer formed on the color filter, a column spacer formed integrally with the overcoat layer, and an alignment layer having an alignment pattern formed on a surface of the overcoat layer.
배향막, 스페이서, 인플레인프린팅 Orientation film, spacer, inflation printing
Description
본 발명은 액정표시장치 및 그의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a liquid crystal display and a method of manufacturing the same.
근래, 핸드폰(Mobile Phone), PDA, 노트북컴퓨터와 같은 각종 휴대용 전자기기가 발전함에 따라 이에 적용할 수 있는 경박단소용의 평판표시장치(Flat Panel Display Device)에 대한 요구가 점차 증대되고 있다. 이러한 평판표시장치로는 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), FED(Field Emission Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display) 등이 활발히 연구되고 있지만, 양산화 기술, 구동수단의 용이성, 고화질의 구현이라는 이유로 인해 현재에는 액정표시소자(LCD)가 각광을 받고 있다. 2. Description of the Related Art Recently, various portable electronic devices such as a mobile phone, a PDA, and a notebook computer have been developed. Accordingly, there is a growing need for a flat panel display device for a light and small size. As such flat panel display devices, a liquid crystal display (LCD), a plasma display panel (PDP), a field emission display (FED) and a vacuum fluorescent display (VFD) have been actively studied. However, Because of its implementation, liquid crystal display devices (LCDs) are now spotlighted.
도 1은 일반적인 액정표시소자의 단면을 개략적으로 나타낸 것이다. 도면에 도시한 바와 같이, 액정표시소자(1)는 하부기판(5)과 상부기판(3) 및 상기 하부기판(5)과 상부기판(3) 사이에 형성된 액정층(7)으로 구성되어 있다. 1 schematically shows a cross section of a general liquid crystal display element. The liquid crystal display element 1 is constituted by a
상기 하부기판(5)은 박막트랜지스터 어레이(Array)기판으로써, 도면에는 도시하지 않았지만, 복수의 화소영역이 형성되어 있으며, 각각의 화소영역에는 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor)가 형성되어 있다. The
상기 상부기판(3)은 컬러필터(Color Filter)기판으로써, 컬러를 구현하기 위한 컬러필터층이 형성되어 있다. The
또한, 상기 하부기판(5) 및 상부기판(3)에는 각각 화소전극 및 공통전극이 형성되어 있으며 액정층(7)의 액정분자를 배향하기 위한 배향막이 도포되어 있다.A pixel electrode and a common electrode are formed on the
상기 하부기판(5) 및 상부기판(3)은 스페이서(spacer)(9)에 의해 일정한 셀 갭을 유지하고 있으며, 그 사이에는 액정층(7)이 형성되어 상기 하부기판(5)에 형성된 박막트랜지스터에 의해 액정분자를 구동하여 액정층을 투과하는 광량을 제어함으로써 정보를 표시하게 된다. The
상기와 같이 구성된 액정표시소자는 액정의 전기광학효과를 이용하는 것으로, 이 전기광학효과는 액정 자체의 이방성과 액정의 분자배열 상태에 의해 결정되어지므로 액정분자 배열에 대한 제어는 액정표시장치의 표시 품위 안정화에 큰 영향을 미치게 된다. The electro-optic effect of the liquid crystal is determined by the anisotropy of the liquid crystal itself and the molecular arrangement state of the liquid crystal, so that the control of the liquid crystal molecule arrangement is controlled by the display quality of the liquid crystal display device It has a great influence on stabilization.
따라서, 액정분자를 보다 효과적으로 배향시키기 위한 배향막 형성공정과, 씰 패턴과 함께 액정 셀갭을 일정하게 유지하는 역할을 하는 스페이서(spacer)는 액정셀 공정에 있어서 화질특성과 관련하여 매우 중요하다. Therefore, an alignment film forming step for more effectively orienting the liquid crystal molecules and a spacer serving to keep the liquid crystal cell gap constant with the seal pattern are very important in relation to image quality characteristics in the liquid crystal cell process.
한편, 종래 패터닝공정을 통해 형성되는 스페이서는 사진식각공정을 통해 형성되는 데, 이 같은 사진식각공정은 포토레지스트의 도포, 노광 및 현상을 통하여 이루어지며, 별도의 마스크가 필요하기 때문에 공정이 복잡하고 제조비용이 증가하는 문제점이 있었다. Meanwhile, the spacers formed through the conventional patterning process are formed through a photolithography process. Such a photolithography process is performed through application of photoresist, exposure and development, and a separate mask is required, so that the process is complicated There is a problem that the manufacturing cost increases.
또한, 종래 러빙공정등을 통해 배향되는 배향막은 러빙의 불균일, 이물불량 및 러빙포의 단명등의 문제점이 야기된다. In addition, the alignment film oriented in the conventional rubbing process or the like causes problems such as unevenness of rubbing, defective foreign matters and shortening of rubbing.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 공정을 단순화하고 제조비용을 감소시킬 수 있도록 하는 스페이서 형성방법 및 최적화된 배향막 형성방법을 구비한 액정표시장치 및 그의 제조방법에 관한 것이다. An object of the present invention to solve the above-mentioned problems is to provide a liquid crystal display device having a spacer forming method and an optimized alignment film forming method which simplify a process and reduce a manufacturing cost, and a manufacturing method thereof.
상술한 문제점을 해결하기 위한 액정표시장치는 액정층이 사이에 형성되고 서로 대향 배치된 칼라 필터가 구비된 제1 기판 및 박막 트랜지스터가 구비된 제2 기판과, 상기 칼라필터 상에 형성된 오버코트층과, 상기 오버코트층과 일체형으로 형성되는 칼럼 스페이서와, 상기 오버코트층의 표면에 배향패턴이 형성된 배향막을 포함한다. A liquid crystal display device for solving the above-mentioned problems includes a first substrate on which a liquid crystal layer is formed and a color filter disposed opposite to the first substrate, a second substrate on which a thin film transistor is provided, and an overcoat layer formed on the color filter, A column spacer formed integrally with the overcoat layer, and an alignment layer having an alignment pattern formed on a surface of the overcoat layer.
상기 오버코트층, 칼럼 스페이서 및 배향막은 광경화형 액상 고분자 전구체(Ultra Violet Curable liquid pre-polymer), 광개시제, 계면활성제가 포함된 유기절연물질로 형성된다. The overcoat layer, the column spacer, and the alignment layer are formed of an organic insulating material including a UV curable liquid pre-polymer, a photoinitiator, and a surfactant.
상기 제1 기판에는 상기 제1 기판과 상기 컬러필터층 사이에 형성된 블랙 매트릭스층을 더 포함하고, 상기 제2 기판에는 화소 영역을 정의하기 위해 서로 교차하도록 제2 기판 상에 형성된 게이트 라인 및 데이터 라인과, 상기 박막트랜지스터의 일부와 연결되어 상기 화소 영역에 형성되는 화소 전극을 더 포함한다. The first substrate may further include a black matrix layer formed between the first substrate and the color filter layer. The second substrate may have a gate line and a data line formed on the second substrate so as to cross each other to define a pixel region, And a pixel electrode connected to a portion of the thin film transistor and formed in the pixel region.
상술한 문제점을 해결하기 위한 액정표시장치의 제조방법은 박막트랜지스터가 구비된 제1 기판을 제공하는 단계와, 상기 제1 기판에 대향되는 제2 기판 상에 컬러필터층을 형성하는 단계와, 상기 컬러필터층이 형성된 기판 상에 패턴물질층을 형성하는 단계와, 상기 패턴형성물질이 형성된 기판에 소프트 몰드를 정렬하는 단계와, 상기 소프트 몰드와 상기 패턴물질층이 형성된 기판을 콘택시켜 오버코트층, 칼럼 스페이서 및 배향패턴이 구비된 배향막을 형성하는 단계와, 상기 패턴물질층으로부터 상기 소프트 몰드를 분리시키는 단계를 포함한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a liquid crystal display device, including: providing a first substrate having a thin film transistor; forming a color filter layer on a second substrate facing the first substrate; Forming a pattern material layer on the substrate having the filter layer formed thereon, aligning the soft mold with the substrate on which the patterning material is formed, contacting the soft mold and the substrate on which the pattern material layer is formed to form an overcoat layer, And forming an alignment film having an alignment pattern, and separating the soft mold from the pattern material layer.
상기 패턴물질층은 광경화형 액상 고분자 전구체(Ultra Violet Curable liquid pre-polymer), 광개시제, 계면활성제가 포함된 유기절연물질로 형성된다. The pattern material layer is formed of an organic insulating material including a photo-curable liquid pre-polymer, a photoinitiator, and a surfactant.
상기 소프트몰드는 칼럼 스페이서 형성용 요부 및 배향패턴이 표면에 구비된다. The soft mold is provided with a recess for forming a column spacer and an orientation pattern on the surface.
상기 소프트몰드는 PDMS(polydimethylsiloxane), PUA(polyurethane acrylate), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리이미드(polyimides) 중 어느 하나로 형성된다. The soft mold is formed of any one of PDMS (polydimethylsiloxane), PUA (polyurethane acrylate), polyurethane, and polyimides.
상기 소프트 몰드와 상기 패턴물질층이 형성된 기판을 콘택시키는 단계에서 열 또는 광을 이용하여 상기 패턴물질층을 경화하는 단계를 더 포함한다. And curing the pattern material layer using heat or light in the step of contacting the soft mold and the substrate on which the pattern material layer is formed.
이상에서와 같이, 본 발명에 따른 액정표시장치 및 그의 제조방법은 칼럼 스페이서, 오버코트층 및 배향막을 소프트몰드를 이용한 인플레인 프린팅 공정을 수행하여 형성함으로써, 포토레지스트의 도포, 노광 및 현상의 사진식각공정을 통해 형성되는 칼럼 스페이서 형성공정보다 공정이 단순화되고, 러빙등의 배향공정이 요구되지 않으므로, 배향공정시 유발되는 러빙의 불균일, 이물불량 및 러빙포의 단명 등의 문제를 방지하는 효과가 있다. As described above, the liquid crystal display device and the method of manufacturing the same according to the present invention can be realized by forming a column spacer, an overcoat layer, and an orientation film by performing an in-line printing process using a soft mold, The process is simpler than the process of forming the column spacer formed through the process, and an orientation process such as rubbing is not required. Therefore, there is an effect of preventing the problems such as unevenness of rubbing caused in the alignment process, foreign matter defect and shortening of the rubbing process .
또한, 본 발명의 액정표시장치에서는 칼럼 스페이서를 소프트몰드를 이용한 인플레인 프린팅 공정을 수행하여 오버코트층 및 배향막 형성공정과 동시에 형성함으로써, 오버코트층 형성공정, 칼럼 스페이서 형성공정, 배향막 형성공정을 통해 오버코트층, 칼럼 스페이서, 배향막을 각각 형성하던 종래의 형성공정보다 공정이 단순화되는 효과가 있다. In the liquid crystal display device of the present invention, the column spacer is subjected to an in-line printing process using a soft mold to simultaneously form the overcoat layer and the orientation film forming process, so that the overcoat layer forming process, the column spacer forming process, There is an effect that the process is simpler than the conventional forming process of forming the layer, the column spacer, and the orientation film.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 액정표시장치 및 그의 제조방법에 대해 설명한다. Hereinafter, a liquid crystal display device and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 액정표시장치의 평면도이고, 도 3은 도 2의 Ⅰ~Ⅰ' 선상의 구조 및 Ⅱ~Ⅱ' 선상의 구조를 도시한 단면도이다. FIG. 2 is a plan view of a liquid crystal display device according to the present invention, and FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a structure on a line I-I 'in FIG. 2 and a structure on a line II-II'.
우선, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 일정 공간을 갖고 합착된 칼라 필터 기판(100) 및 TFT 기판(200)과, 상기 칼라 필터 기판(100)과 TFT 기판(200) 사이에 주입된 액정층(55)으로 구성되어 있다. 2 and 3, a color filter substrate 100 and a
보다 구체적으로 설명하면, 상기 TFT 기판(200)은 기판(70) 상에 수직으로 교차하여 화소 영역을 정의하는 복수개의 게이트 라인(41) 및 데이터 라인(42)이 형성되고, 상기 게이트 라인에 평행한 방향으로 공통 라인(47)이 형성되고, 상기 공통 라인(47)에서 각 화소 영역으로 돌출되어 일정 간격을 갖고 공통 전극(47a)이 형성된다. 그리고, 상기 각 게이트 라인(41)과 데이터 라인(42)이 교차하는 부분에 소오스/드레인 전극(42a, 42b)을 구비한 박막 트랜지스터(TFT)가 형성되고, 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극에 연결되어 상기 각 화소 영역에는 상기 공통 전극(47a)과 평행하게 상기 공통 전극 사이에 화소 전극(43)들이 형성된다. More specifically, the
상기 게이트 라인(41)과 데이터 라인(42) 사이에는 게이트 절연막(45)이 형성되고, 상기 게이트 전극(41) 상측의 게이트 절연막(45) 상에 반도체층(44)이 형성되고, 상기 박막 트랜지스터(TFT)와 화소 전극(43) 사이에 보호막(46)이 형성된다. A
상기 TFT 기판(200)에 대향되는 칼라 필터 기판(100)은 기판(60) 상에 화소 영역을 제외한 부분(게이트 라인 및 데이터 라인 영역, 박막 트랜지스터 영역)의 빛을 차단하기 위한 블랙 매트릭스층(31)이 형성되고, 상기 각 화소 영역에 대응되어 부분에 색상을 표현하기 위한 R, G, B 칼라 필터층(32)이 형성된다. 상기 블랙 매트릭스층(31)과 칼라 필터층(32) 상부에 전면 오버 코트층(34a)이 형성되면서 동시에 상기 오버코트층(34a)과 같은 물질로 칼럼 스페이서(34b)가 형성되고, 오버코트층(34a)의 표면에 배향막(34c)이 형성된다. The color filter substrate 100 facing the
상기 칼럼 스페이서(34b)는 두 기판 간의 셀갭을 유지하기 위해 형성되는 칼럼 스페이서로써 칼럼 스페이서(34b)와 TFT 기판(100)은 서로 접촉하고 있다. The
상기 배향막(34c)는 오버코트층(34a)의 상부에 배향패턴이 형성되어 액정배향기능을 수행한다. The
이때, 오버코트층(34a), 칼럼 스페이서(34b), 배향막(34c)는 광경화형 액상 고분자 전구체(Ultra Violet Curable liquid pre-polymer)와 같은 유기절연물질을 블랙매트릭스(31) 및 칼라 필터층(32)이 형성된 기판(60) 상에 증착한 후, 형성하 고자 하는 오버코트층(34a), 칼럼 스페이서(34b) 및 배향막(34c)의 형상과 반대되는 형상의 패턴이 구비된 소프트 몰드를 이용한 인플레인 프린팅(In-plane printing)공정을 수행하여 일체형으로 형성된다. At this time, the
따라서, 본 발명의 액정표시장치에서는 칼럼 스페이서, 오버코트층, 배향막 을 소프트몰드를 이용한 인플레인 프린팅 공정을 수행하여 형성함으로써, 포토레지스트의 도포, 노광 및 현상의 사진식각공정을 통해 형성되는 칼럼 스페이서 형성공정보다 공정이 단순화시키게 되고, 러빙등의 배향공정이 요구되지 않으므로, 배향공정시 유발되는 러빙의 불균일, 이물불량 및 러빙포의 단명등의 문제를 방지하는 효과가 있다. Accordingly, in the liquid crystal display device of the present invention, the column spacer, the overcoat layer, and the alignment layer are formed by performing the infra-printing process using the soft mold to form the column spacer formed through photolithography, exposure, The process is simpler than the process and no alignment process such as rubbing is required. Therefore, there is an effect of preventing problems such as unevenness of rubbing caused in the alignment process, foreign matter defect, and shortening of the rubbing process.
또한, 본 발명의 액정표시장치에서는 칼럼 스페이서 및 배향막을 소프트몰드를 이용한 인플레인 프린팅 공정을 수행하여 오버코트층 형성공정과 동시에 형성함으로써, 오버코트층 형성공정, 칼럼 스페이서, 배향막 형성공정 각각을 통해 오버코트층, 칼럼 스페이서, 배향막을 형성하던 종래의 형성공정보다 공정이 단순화된다. In the liquid crystal display device of the present invention, the column spacer and the orientation film are simultaneously formed with the overcoat layer forming process by performing the infrain printing process using the soft mold, so that the overcoat layer, the column spacer, , The column spacer, and the alignment film are formed.
이와 같은 본 발명에 따른 액정표시장치의 제조방법인 컬러필터기판 형성방법을 도 4a 내지 도 4d를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 특히, 도 4a 내지 도 4d는 도 2의 Ⅲ~Ⅲ' 선상의 구조 및 Ⅱ~Ⅱ' 선상의 구조를 도시한 단면도들이다. A method of forming a color filter substrate, which is a manufacturing method of a liquid crystal display device according to the present invention, will now be described with reference to FIGS. 4A to 4D. Particularly, Figs. 4A to 4D are cross-sectional views showing structures III-III 'and II-II' of Fig. 2, respectively.
기판(60) 상에 카본(carbon) 계통의 불투명한 유기물질층을 형성한 후, 사진식각공정을 통해 유기물질층을 패터닝하여, 도 4a에 도시된 바와 같이, 화소영역을 제외한 부분에 블랙 매트릭스(31)가 형성된다. After forming a carbon-based opaque organic material layer on the
이어, 블랙 매트릭스(31)이 형성된 기판(60) 상에 적색 컬러 레지스트를 증착한 후 사진공정을 통해 적색 컬러 레지스트를 패터닝하여, 도 4a에 도시된 바와 같이, 적색 컬러 필터층(32R)을 형성한다. 적색 컬러 필터층의 형성과 동일한 방식으로 녹색, 청색 컬러필터층(32G, 32B)을 형성한다. 상기 적색, 녹색, 청색 컬러필터층(32R, 32G, 32B) 형성 순서는 바뀔 수 있다. 이어, 적색, 녹색, 청색 컬러필터층(32R, 32G, 32B)이 형성된 기판(60) 상에 패턴을 형성할 패턴물질층(34)을 형성한다. Next, a red color resist is deposited on the
이때, 상기 패턴물질층(34)은 광경화성 액상 고분자 전구체(Ultra Violet Curable liquid pre-polymer)와 광개시제(photo-initiator) 및 계면활성제(surfactant)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 광경화성 액상 고분자 전구체는 주로, HEA(2-Hydroxyehyl acrylate), EGDMA(Ethyleneglycol dimethancrylate), EGPEA(Ethyleneglycol phenyletheracrylate), HPA(Hydroxypropyl acrylate), HPPA(Hydroxy phenoxypropyl acrylate) 등의 광경화 아크릴레이트 고분자 전구체(Ultra Violet Curable acrylte liquid pre-polymer)가 사용된다. At this time, the
그리고, 패턴물질층(34)이 형성된 기판(70)에 대응되도록 배면에 백플레인이 구비되고, 표면에 요부패턴을 구비한 소프트 몰드(300)를 준비한다. A
상기 백플레인은 글래스, PET 필름등이 가능하고, 상기 소포트 몰드(300: soft mold)는 PDMS(polydimethylsiloxane), PUA(polyurethane acrylate)와 같은 탄성 중합체를 경화하여 제작할 수 있으며, 그외에도 폴리우레탄(polyurethane), 폴리이미드(polyimides) 등을 사용할 수 있다. The backplane may be made of glass or a PET film. The
또한, 소프트 몰드(300)는 표면에 칼럼 스페이서 형성용 요부(300a), 배향막패턴(300b)가 구비된다. In addition, the
계속하여, 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 소프트 몰드(300)과 패턴물질층(34)이 형성된 기판(70)을 정렬한 후, 상기 소프트 몰드(300)의 표면을 상기 패턴물질층(34)에 콘택시켜 상기 패턴물질층(34)에 상기 소프트 몰드(300)의 요부(300a) 및 배향막패턴(300b) 각각의 대응부위를 남겨 오버코트층(34a), 칼럼 스페이서(34b) 및 배향막(34c)를 형성한다. 여기서, 상기 소프트 몰드(300)와 상기 패턴물질층(34)이 콘택된 상태에서 열 또는 광을 이용하여 패턴물질층(34)을 경화할 수 있다. 4B, after aligning the
이때, 상기 칼럼 스페이서(34b)는 셀갭을 유지하기 위해 형성되는 셀갭용 칼럼 스페이서로써 칼럼 스페이서와 이후 합착될 TFT 기판(200)은 서로 접촉하도록 하는 높이로 형성된다. The
상기 배향막 패턴(300b)는 종래의 러빙공정등의 배향공정이 요구되지 않는 배향 패턴이 형성된다. The
이어, 도 4c에 도시된 바와 같이, 상기 오버코트층(34a)과 칼럼 스페이서(34b) 및 배향막(34c)가 형성된 패턴물질층(34)으로부터 소프트 몰드(300)를 분리시킴으로써, 본 공정을 완료한다. 4C, the process is completed by separating the
도 1은 일반적인 액정표시소자를 도시한 단면도1 is a cross-sectional view of a general liquid crystal display device
도 2는 본 발명에 따른 액정표시장치의 평면도2 is a plan view of a liquid crystal display device according to the present invention.
도 3은 도 2의 Ⅰ~Ⅰ' 선상의 구조 및 Ⅱ~Ⅱ' 선상의 구조의 단면도Fig. 3 is a cross-sectional view of the structure on the line I-I 'in Fig. 2 and the structure on the line II-II'
도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 따른 액정표시장치의 제조방법을 도시한 단면도들4A to 4D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a liquid crystal display device according to the present invention
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US11009751B2 (en) | 2017-07-24 | 2021-05-18 | Samsung Display Co., Ltd. | Display device and method of fabricating the same |
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2008
- 2008-11-07 KR KR20080110539A patent/KR101481833B1/en not_active IP Right Cessation
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